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MILLAU 2013
GRANDE TYROLIENNE SUR CORDE
du 10 au 18 mai 2013
RAPPORT FINAL
Une opération coordonnée par le S P E L E O S E C O U R S F R A N Ç A I S
Millau 2013 - Grande Tyrolienne sur corde – Rapport final
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Sommaire
CONTEXTE DE RÉALISATION .............................................................................................. 4
MAITRISE D’OUVRAGE ......................................................................................................... 5
ÉQUIPE TECHNIQUE .............................................................................................................. 5 Coordination générale .......................................................................................................... 5 A la recherche, au repérage des sites, aux démarches administratives .............................. 5 Calculs .................................................................................................................................. 5 Technique ............................................................................................................................. 5
IMPLANTATION GÉOGRAPHIQUE ....................................................................................... 6
VUE 3D DE L’IMPLANTATION ............................................................................................... 7
VUE D’ENSEMBLE ................................................................................................................. 8
SIMULATIONS PRÉPARATOIRES ......................................................................................... 9
MISE EN PLACE HÉLIPORTÉE DE LA CORDE .................................................................. 10 Franchissement des routes ................................................................................................ 10 Franchissement du réseau électrique ERDF ..................................................................... 10
LA CORDE ............................................................................................................................. 12 Essai d’allongement ........................................................................................................... 12 Essais de résistance après usage ...................................................................................... 12
INSTRUMENTATION TECHNIQUE ...................................................................................... 13 Les poulies ......................................................................................................................... 13 Échauffement généré ......................................................................................................... 13 Tensions appliquées à la corde .......................................................................................... 15 Tension initiale et maximale ............................................................................................... 15 Mesure de la vitesse .......................................................................................................... 16 Le coefficient de traînée et coefficient de frottement de la poulie ...................................... 18
INFLUENCE DU VENT .......................................................................................................... 18 Impact théorique ................................................................................................................. 18 Analyse préalable du problème .......................................................................................... 19
MOYENS MIS EN ŒUVRE POUR LA MESURE DU VENT ................................................. 20 Conclusion .......................................................................................................................... 21
DÉSINSTALLATION DE LA TYROLIENNE .......................................................................... 22
SCENARIOS DE DEPOSE DE LA CORDE .......................................................................... 22 Analyse entre les simulations et la pratique ....................................................................... 24
Millau 2013 - Grande Tyrolienne sur corde – Rapport final
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MESURAGE DE LA TYROLIENNE ....................................................................................... 24 Levé au théodolite .............................................................................................................. 24 Relevé au GPS différentiel ................................................................................................. 24 Conclusion .......................................................................................................................... 27
CARTE D’IDENTITÉ DE LA TYROLIENNE DE MILLAU ..................................................... 30
LE PROCES VERBAL DE LA BRIGADE DE GENDARMERIE DE LA CAVALERIE .......... 31
PARTENAIRES ...................................................................................................................... 32
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MAITRISE D’OUVRAGE
Le Spéléo secours français, commission technique spécialisée de la Fédération française de spéléologie, association agréée par la Direction générale de la Sécurité civile et de la gestion des crises (DGSCGC), a assuré la maîtrise d’ouvrage de cette réalisation. Celle-ci a été conduite en étroite collaboration avec le Comité spéléologique régional de Midi-Pyrénées, co-organisateur de la manifestation « MILLAU 2013 ».
ÉQUIPE TECHNIQUE
Le SSF a fait appel à un certain nombre de ses spécialistes pour la conception du projet puis sa réalisation sur le terrain.
Coordination générale
Bernard TOURTE Président du Spéléo secours français En charge du concept, de l’étude, du développement, de la coordination et de la mise en œuvre technique des projets de grandes tyroliennes au sein du SSF (tyroliennes de Vercors 2008, Ardèche 2009, Rodez 2010 et Millau 2013).
A la recherche, au repérage des sites, aux démarches administratives
Jean-Pierre GRUAT En charge de l’organisation générale du congrès national des cinquante ans de la Fédération française de spéléologie, Instigateur de l’idée d’une tyrolienne d’exception pour les cinquante ans de la FFS, acteur essentiel pour la recherche des sites potentiels, leur repérage et pour l’ensemble des démarches administratives nécessaires à la réalisation effective de cette tyrolienne.
Chantal CUSSAC Actrice de l’ombre, présente sur tous les fronts : recherche de sites, démarchage administratif, négociations sensibles avec les propriétaires, appui médiatique et soutient technique durant toute la phase de mise en œuvre de cette tyrolienne.
Eric BOYER Trésorier de l’organisation du congrès des cinquante ans de la FFS, fortement impliqué sur la recherche des sites potentiels d’implantation de la tyrolienne, sur leur repérage et sur l’ensemble des démarches administratives nécessaires à l’opération.
Calculs
Jean-Pierre CASSOU Développeur de programmes et expert en simulation expérimentale.
Laurent MOREL Expert en instrumentation de mesure.
Baudouin LISMONDE Expert en calculs dynamiques.
Technique
Sylvain BOUTONNET, Sébastien VERLHAC, Vanessa KYSEL, Eric BOYER, Cédric
AZEMAR, Denis MORALES, Ruben GOMEZ, Samuel BOUTONNET, Pierre ORTOLI, Florian
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SIMULATIONS PRÉPARATOIRES
Profil en long de la tyrolienne envisagée Tension de simulation : 600 daN Poids de la charge roulante simulée : 92 kg
Figure 2
La ligne marron représente le profil de terrain. La ligne grise représente la corde à vide (sous une tension initiale de 600 daN). La ligne violette représente la trajectoire de la charge roulante.
A noter que le tirant d’air, soit la hauteur libre disponible entre la trajectoire de la corde en fonctionnement et le sol est en moyenne de 90 mètres, 40 en phase terminale. Courbe de vitesse, durée et distance prévisionnelle
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MISE EN PLACE HÉLIPORTÉE DE LA CORDE
La mise en place de cette tyrolienne expérimentale provisoire a été réalisée par un hélicoptère PUMA.
Principe La manœuvre a débuté au point d’arrivée de la Tyrolienne, avec, dans un premier temps, un déroulé complet de la corde au sol afin de supprimer tout risque d’emmêlement lors de la manœuvre héliportée. Une extrémité a ensuite été héliportée au point haut. Le déroulement de la corde au le sol a été contrôlé par un dispositif mécanique de freinage jusqu'à arrivée de l’hélicoptère au point haut, où l’extrémité de la corde a été amarrée sur les ancrages
temporaires prévus à cet effet. Pour cette opération de mise en place de la corde, l’hélicoptère s’est dans un premier temps élevé verticalement jusqu’à une hauteur de plus de 500 m par rapport au sol, avant d’amorcer son déplacement latéral vers le point haut de la tyrolienne. Cette méthode a permis un maintien de la corde à bonne hauteur durant toute la phase de mise en place par rapport:
aux habitations survolées (moins de cinq) ; à la ligne haute-tension ERDF ; à la route nationale 809 ; à la route départementale 999.
Franchissement des routes
Par précaution, il a été convenu de fermer les voieries survolées lors des phases de mise en place et de démontage. L’opération a été coordonnée sous la direction de madame la sous-préfète de Millau et mise en œuvre sur le terrain par le service de la voirie du Conseil général de l’Aveyron, le commissariat de police de Millau et le personnel du Spéléo secours français.
Franchissement du réseau électrique ERDF
Le survol d’une ligne électrique de haute tension (20 000 V) a imposé la coupure temporaire de l’alimentation de cette ligne durant les phases de mise en place et de démontage. Cette opération sensible vis-à-vis de la clientèle n’a pu aboutir que grâce à la volonté et la compétence des services d’ERDF Aveyron.
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Les deux poulies instrumentées utilisées lors des tests
INSTRUMENTATION TECHNIQUE
Afin de valider les différents calculs et hypothèses, mais aussi de permettre de bénéficier d’un maximum de données techniques tout du long de l’expérimentation, la tyrolienne a été instrumentée de manière à relever de nombreux paramètres. Ainsi, la tension dans la corde a été mesurée en continu au point bas toutes les minutes, ainsi que l’échauffement des deux poulies de test qui a été mesuré toutes les secondes lors des tests. L’instrumentation en place permettait également d’enregistrer la vitesse de rotation des poulies de tests, la vitesse du vent et la température de l’air. Tous les paramètres géométriques et géographiques ont été relevés de deux façons indépendantes, au moyen d’un théodolite et d’un GPS différentiel embarqué.
Les poulies
Les deux types de poulies utilisés ont été équipés d’un capteur thermique en inox sans contact. La poulie « Tandem » Petzl de la photo de gauche ci-dessus (modèle du commerce) comporte aussi un compte-tours (à l’extrémité du câble rouge). Les données recueillies permettent d’obtenir la vitesse de rotation et la distance parcourue. La poulie de droite est une version prototype développée par les Ets Petzl à la demande du SSF. Elle est munie de réas de poulies « Rescue » Petzl , plus gros en diamètre que ceux du modèle « Tandem ».
Échauffement généré
Lors de la descente, la température sur les galets de la poulie augmente. Cet échauffement est principalement dû aux pertes dans les roulements à bille. La vitesse de rotation atteint les milliers de tour minute et dépasse les dix milles tour par minute. Pour mesurer l’échauffement, un capteur infrarouge relève sans contact toutes les secondes la température du fond de la gorge, là où la température peut être critique. Cependant la mesure sans contact sur de l’aluminium est délicate à réaliser, car la valeur de l’émissivité est basse. Les mesures en absolue sont délicates. Elles permettent néanmoins une comparaison entre les deux courbes réalisées sur les deux types de poulie, la Réa de 25 mm (que l’on trouve dans le commerce) et la Réa 45mm réaliser par Petzl pour ce projet. La figure 4 présente l’évolution de cette température en fonction du temps. La température maximum est obtenue à t = 70 s pour la Réa 45 mm et 90 seconde pour la Réa 25 mm (figure 5).
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Analyse préalable du problème
La forme horizontale prise par la corde (vue de dessus donc) dans un vent de 100 km/h, avec une tension initiale de 600 daN, a été calculée en prenant le programme de calcul de la corde sans charge, en imposant comme longueur au repos celle qui donne 600 daN de tension sur l’amarrage supérieur, et en remplaçant la masse linéique de la corde par une masse plus grande calculée en fonction la force linéique du vent (0,543 kg/m pour un vent de 100 km/h et un diamètre de 11 mm). Avec ces conditions, la tension due au vent sur l’amarrage supérieur est d’environ 947 daN (la même que sur l’inférieur). La tension totale équilibrant les deux forces (pesanteur + vent) sera de l’ordre de √ (9472 + 6002) = 1120 daN sur l’amarrage supérieur. Cette valeur est élevée mais demeure dans la marge de sécurité avec la corde considérée (facteur de sécurité de trois). La flèche horizontale maxi de 330 m nécessite de considérer les obstacles latéraux possibles.
Figure 11. Forme de la corde dans le plan horizontal avec un vent transversal de 100 km/h
Deux simulations obtenues par deux méthodes différentes donnent, pour l’une, une tension aux amarrages de 706 daN et une flèche maxi de 174 m, et pour l’autre 857 daN et 180 m de flèche. On voit que l’accord est acceptable.
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MOYENS MIS EN ŒUVRE POUR LA MESURE DU VENT
Le vent représentant l’un des soucis majeurs, divers moyens techniques ont été envisagés afin de se tenir du mieux possible informé de son évolution.
Un premier anémomètre portatif à hélice et à lecture directe à permis d’effectuer des mesures ponctuelles en tout point et à tout moment. Un second anémomètre à coupelle équipé d’une interface à enregistrement toutes les minutes a été installé au sommet de la tyrolienne. Enfin, une girouette anémomètre statique à ultra son a été installée au sommet d’un mat au point d’arrivée de la tyrolienne. Cette station à permis le relevé permanent
de l’orientation du vent, de sa force et de la température ambiante. A noter que cette station était positionnée à soixante mètres à peine du point d’amarrage bas de la tyrolienne ou se situait l’enregistrement permanent des données de tension au moyen d’un dynamomètre.
Des rafales de 80 km/h ont été révélées, en particulier le samedi, alors que la tension initiale de la tyrolienne se situait à ce même moment à 260 daN. La courbe enregistrée par le dynamomètre montre alors des fluctuations qui, au plus fort, n’excèdent pas les 50-60 daN au-dessus de la tension initiale. Les vents qui traversent cette vallée ne sont pas constants. Il s'agit plutôt de vents turbulents, de bourrasque, sur des zones bien
délimitées qui sont bien inférieures à celle de la tyrolienne. C’est-à-dire à un instant donné le vent n’appuie pas sur toute la longueur de la corde, mais seulement sur un tronçon. La force induite est donc largement plus faible que si le vent était constant sur le trajet de la corde. Dans le graphique représentant la vitesse du vent et la tension dans la corde, il n’y a pas de relation directe entre ces deux grandeurs. En effet, il faudrait avoir une mesure continue du vent sur tout le profil de la corde en instantané et sommer tous ces efforts pour connaître la tension engendrée. Sur les prochaines tyroliennes de très grande distance, il faudra donc rester très prudent sur l’impact des vents.
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Plusieurs simulations ont été réalisées :
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Figure 14. Dépose de la corde au sol avec passager
Millau 2013 - Grande Tyrolienne sur corde – Rapport final
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Analyse entre les simulations et la pratique
La procédure d’urgence n’ayant pas dû être déclenchée en pratique, la conformité de l’étude théorique avec la réalité n’a pu être vérifiée. Toutefois, durant la phase des essais, la première charge test de 80 kg, trop peu profilée, a stoppé sa course à environ 250 m du point d’arrivée prévu. Un intervenant s’est rendu au contact de cette charge et s’est alors stabilisé à près de 10 m du sol aux environs du point bas de la tyrolienne, ce qui correspond bien au point identifié « survol 34.50 m » sur la figure 14. Ce constat atteste de la cohérence de la simulation réalisée. Lors de la dépose finale, la corde détendue depuis le point bas s’est d’abord posée au sol au point identifié « survol 23 m » sur la figure 12 puis sur le secteur bâti proche de l’arrivée. Le différentiel d’une quinzaine de mètres constaté entre simulation et mise en pratique semble correspondre à la surestimation, volontaire mais non uniforme, de la garde au sol dans les simulations réalisées. Elle garantissait une sécurité indispensable au cas où un obstacle n’aurait pas pu être précisément identifié sur les cartographies utilisées (couverture végétale par exemple).
MESURAGE DE LA TYROLIENNE
Levé au théodolite
Le mesurage officiel de la tyrolienne a été réalisé au théodolite Topcon GPT 7500. Afin de disposer d’une bonne visibilité de la mire située en point haut de la tyrolienne, l’appareil a dû être installé au point bas à l’aplomb de la poulie de relevage/dépose, soit à 42 m de distance du point d’amarrage bas de la tyrolienne. La longueur officielle relevée depuis ce point est de 2163 m auxquels il convient d’ajouter les 42 m signalés ci-dessus. La longueur totale officielle, d’amarrage à amarrage, est donc de 2205 m.
Relevé au GPS différentiel
La procédure appliquée. Les mesures ont été réalisées en mode cinématique. C'est la SCP GRAVELLIER-FOURCADIER, géomètres experts et ingénierie - 70 rue de la menuiserie 12100 MILLAU - qui a réalisé les mesures et les calculs. Le matériel utilisé se composait de deux antennes Leica SR530. Les mesures en mode cinématique fournissent la trajectoire d'une antenne itinérante. Si les coordonnées brutes sont enregistrées toutes les secondes
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Figure 15. Principe de la méthode cinématique appliquée.
(cas sur la tyrolienne de Millau 2013), il en résulte des coordonnées tridimensionnelles pour chaque seconde à laquelle l'antenne a été déplacée. Pour calculer les coordonnées, il faut pouvoir résoudre "les ambiguïtés" pour qu'une précision de positionnement de niveau centimétrique puisse être atteinte en mouvement (ambiguïtés : nombre entier inconnu de cycles de la phase porteuse contenus dans la distance entre le récepteur et le satellite au moment du verrouillage du satellite). La manière la plus sûre d'y parvenir consiste à débuter les levers en mode
cinématique par une initialisation statique d'une durée d'environ 5 mn d'observations bifréquence en mode Statique qui permet de résoudre les "ambiguïtés" en post traitement (Un récepteur GPS bi-fréquence est un récepteur capable d’effectuer des mesures sur les deux fréquences L1 et L2 du système GPS).
Une antenne a été mise en place sur trépied pour servir de capteur de référence près du point de départ de la tyrolienne sur une zone dégagée d'où était visible tout le tracé de la tyrolienne du départ à l'arrivée. (Photo ci-contre) employée de la SCP GRAVELLIER-FOURCADIER).
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Une fois l'initialisation statique réalisée avec l'autre antenne, cette dernière peut être déplacée. Chantal CUSSAC va l'embarquer avec elle lors de son passage sur la tyro (voir autre photo ci-dessus). La haute précision sera préservée aussi longtemps que le contact avec les satellites est maintenu (réception des signaux), donc en l'absence de toute obstruction, ce qui a été le cas durant toute la descente (il n'y en a pas sur la tyro tendue dans le ciel de Millau).
Toutes les conditions préconisées pour mesurer un nombre de points élevé rapidement (toutes les secondes) et efficacement, ont été requises à savoir:
Des mesures en mode statique ont été effectuées sur l'antenne de référence La distance séparant le capteur de la référence était courte (moins de 3 km) La zone de lever était dégagée Le mobile a été maintenu fixe durant l'initialisation statique La géométrie des satellites étaient très favorable (plus de six satellites)
Figure 16. L’analyse cinématique
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Figure 20. La tyrolienne de Millau pour les tous petits
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Figure 21. Croquis schématique des caractéristiques dimensionnelles
CARTE D’IDENTITÉ DE LA TYROLIENNE DE MILLAU
La corde Il s’agissait d’une fabrication spéciale d’une longueur de 2870 m de la référence « Bandit » produite en standard par les Établissement Courant.
Ancrages Ils ont été réalisés sur « spits », goujons et amarrages naturels.
Les points d’amarrages ont été conçus au moyen de répartiteurs de charge de type SSF
Distance entre points d’amarrages 2205 m (mesurée au théodolite Topcon GPT 7500)
Distance parcourue au roulage entre points d’amarrages sur la trajectoire de la corde
2200 m
Dénivelé (différence d’altitude entre point haut et point bas)
380 m
Point bas atteint en fond de boucle 42 m sous l’amarrage du bas
Vitesse maximale atteinte environ 120 km/h
Verrouillage de la corde par descendeurs autobloquants Petzl
Mise en tension de la corde par palan monté sur descendeurs autobloquants Petzl, depuis le point bas
Tension initiale appliquée à la corde environ 520 daN (mesurée au dynamomètre)
Tension maximale (lors des phases de reprises de tension)
environ 720 daN
Tension maximale appliquée à la corde lors des passages
environ 650 daN
Mise en place par hélicoptère
Parcours de la tyrolienne sur poulies Tamdem Speed Petzl
Nombre de passages 250 en 5 jours
Point bas en fond de boucle
Point d’arrivée
Dénivelée : 380m.
Distance entre Amarrages : 2205m.
Amarrage d’arrivée
Portée horizontale entre points 2172 m
Amarrage de départ
LE PRCAVA
ROCES VALERIE
VERBAL
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DE LA B
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BRIGADE
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PARTENAIRES Le S P E L E O S E C O U R S F R A N C A I S tient à remercier chaleureusement tous les acteurs de cette réalisation, et en particulier les organisateurs de Millau 2013, dont Jean-Pierre Gruat, Chantal Cussac et Éric Boyer, sans oublier tous les partenaires sans qui ce projet n’aurait pu aboutir : La Société COURANT, ERDF Millau, la SCP Gravellier-Fourcadier, géomètres-experts, les Ets Petzl, l’IUT Lyon 1, Gédimat Millau, La Société Roc et Canyon, la société Prévenscop, la ferme de l’Hôpital de Millau et M. Bascoul, M. Taurines, la Mairie de Millau, les Ets Big Mat et Point P, la société Héli-union, la sous-préfecture de Millau, le commissariat central de Millau, les services de la voirie du département de l'Aveyron et de la ville de Millau, la brigade de gendarmerie de La Cavalerie, les services de la DDCSPP de l’Aveyron. Coordination réalisation de ce rapport : Bernard Tourte Contributions diverses sur ce rapport : Laurent Morel, Baudouin Lismonde, Jean Pierre Cassou, Georges Marbach, Jean Pierre Gruat, Nathalie Rizzo, Jean-Luc Rouy Photos : Droits Spéléo secours français.
